对航空电气开关标准化现状及发展的思考

2014-03-28王宗武张宗华

航空标准化与质量 2014年2期

关键词：选型电气航空

张哲王宗武张宗华

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

电气开关作为飞机电路控制必配的关键基础件，广泛用于各个电气控制系统，它是飞行员与机上设备、设备与设备之间可靠电路控制的纽带，直接关系着飞机系统可靠电路控制能否正常运行，有些重要度高的甚至影响飞行安全。

长期以来，航空电气开关产品按照成品件管理，以用户需求为导向的模式开展产品研制，属于定制式生产。产品型号派生多，选型和使用困难，研制和管理成本高。随着航空工业的发展，开关产品的问题逐步引起各方高度关注。

1 国内外航空电气开关标准化现状

1.1 美国航空电气开关标准化现状

美国早在上世纪60年代就开始了电气开关的标准化工作，历经半个多世纪的不断迭代，形成了以选型使用指南为总纲，以通用规范和产品标准为主体，以试验规范、工艺标准和材料标准为支撑的框架结构，如图1。现已具有包括微动开关、旋转开关、钮子开关、按钮开关及其他特种开关等十余个种类，400余个系列的产品体系，如表1所示。以标准引导技术发展和产品研发方向，产品向系列化、型谱化、通用化发展，标准化程度很高。

美国以行业标准为载体，将电气开关按标准件产品组织研发、制造、采购和使用。在新品研制方面，产品承制单位根据新材料、新工艺、新技术的发展，先于用户需求自主进行新技术的应用和新产品的开发，同步进行标准编制，以固化和推广新技术。在产品系列化方面，为适应不同需求，新开关的研制主要是在原型开关的基础上，通过改变功能、性能、接口、组合等方式系列化开发，产品研发周期短，风险低。在产品质量管理方面，履行合格鉴定和周期检验程序，定期发布和更新鉴定合格产品目录（QPL）。通过通用规范和产品标准中规定的鉴定检验项目的产品被列入QPL，QPL中包含合格产品供应商名称、供应商零件代码和有效期等供应商信息。

目前国外航空电气开关生产厂家很多，市场份额较大的主要是Honeyweell、OTTO、ECE、EATON、APR、MASON、Crouzet等公司。不同公司产品质量有好坏、性能有高低，但外形尺寸、接口尺寸、安装方式、电路形式、电气参数一致，互换性很好。

图1 美军标电气开关标准框架

1.2 我国航空电气开关标准化现状

我国航空电气开关行业是在前苏联援助基础上建立起来的，历经依赖进口，仿俄、仿美和自主研发3个阶段。产品体系是在零星仿制产品，改进改型的基础上建立起来的，由于对国外先进技术消化不够，不同体系交叉，没有形成我国完整的设计、制造和使用的技术和标准体系，产品难以系列化发展，研制和使用局面混乱。为了加快推进航空工业发展，规范航空电气开关产品设计选型，上世纪90年代以来，301所、电子四所等单位在参考美军标的基础上，陆续组织编制了十余项航空电气开关产品总规范，一定程度上规范了该类产品的研制和验收。我国航空电气开关标准体系见表2。

对比表1和表2可以看出，我国现行电气开关顶层规范已较为全面，但除个别标准经过修订外，大多比较老旧，而其等效转化的美军标已经多次修订，个别标准甚至已经废止。另外，迄今为止行业及以上标准体系中航空电气开关产品标准几乎还是空白。

1.3 我国航空电气开关标准化存在的问题

通过等效转化而建立起来的只有顶层规范的标准体系对产品实际生产指导性意义不大。产品总规范只规定了通用性能要求、质量保证规定和包装检验要求，而国外大部分产品标准为英制标准，其中关键结构和性能参数又有缺失。承制单位在引进国外先进产品时往往是参照国外产品标准，基于自身设计和制造水平进行产品研制，产品接口尺寸和性能可能相似，但产品实际各项指标却千差万别，关键重要参数不能统一，用户选型困难，不同厂家产品互换性差，严重阻碍了航空工业的发展。

2 我国航空电气开关标准化工作的意义

2.1 提高技术水平

近年来，随着航空工业发展，飞机性能不断提升、使用寿命延长，对航空电气开关在性能指标、环境条件和寿命指标等方面都提出了升级要求，继续在原有产品的基础上进行改进改型将难以满足需求。

航空电气开关标准化工作除及时系统地引进国外先进标准外，还应发挥技术引领的作用，改变行业一盘散沙、各自为战的局面，提供技术交流和信息共享平台，以标准为依托大力加强基础研究、应用研究和技术验证，形成有力的技术研究和产品开发力量，集中力量突破开关设计、制造和试验关键技术，才能增强技术储备，形成系统配套，提高自主创新与研发能力。

表1 美军标电气开关产品标准体系

表2 我国航空电气开关标准体系

2.2 提升产品质量

开关零件小，种类多，材料性能要求高，加工工艺难度大，材料和工艺一直是制约开关产品质量的瓶颈。

航空电气开关标准化工作应在材料研究和关键工艺攻关的基础上，建立健全产品标准体系。确立材料采购和验收要求，整合产品承制单位的原材料需求，解决开关行业原材料种类多，采购量小，采购困难，供货渠道不稳定，供应状态不确定等问题。

以产品标准体系为依托进行型号整合，从根本上改变多品种小批量的局面，提高零件通用程度，逐步实现自动化生产，彻底改变产品质量取决于装配工人的熟练程度、次品率较高、修修补补的局面。

2.3 优化管理模式

开关按机载设备管理，新老机型兼容性差，一个型号使用在不同部位的开关也难以互换。型号研制周期长，成本高，技术成熟度难以保证，飞机维修和保障成本也很高。

航空电气开关标准化工作应注重标准在行业内的推广应用，调动供需双方的积极性，助推型号通用化率的提高，逐步使电气开关脱离成品管理模式，推行合格鉴定管理，发布合格产品目录，严格控制鉴定有效期，控制产品质量的同时节约管理成本。使产品承制单位从产品改进改型和应付各个阶段评审中解脱出来，进行新技术的探索，改变依赖仿制的被动局面。

3 我国航空电气开关标准化的发展思路

3.1 总体思路

航空电气开关标准化工作应在现有标准体系和产品体系基础上，统筹规划，突出重点，分步实施。充分借鉴国外先进标准体系，结合国内技术现状，开展关键工艺和新材料研究，修订通用规范，合理提升产品性能指标，制定产品标准，完善行业及以上标准体系。

3.2 标准体系框架

我国航空电气开关标准体系规划借鉴美军标体系建设思路，分3个层级形成系统配套的标准体系，见图2。顶层以国家标准、国家军用标准为主，主要为航空电气开关类产品选型使用指南、基础工艺标准、材料标准、性能考核试验方法等。第二层以国家标准、国家军用标准、航空行业标准为主，主要为航空电气开关产品通用规范，规定产品通用选材要求、设计要求、性能参数、质量保证规定和交货准备。第三层以航空行业标准和企业标准为主，主要为航空电气开关产品标准，规定产品结构、尺寸和性能参数。

图2 我国航空电气开关标准体系规划

3.3 系统构建顶层规范

我国航空开关标准体系中顶层规范缺少选型使用指南、材料标准和工艺标准。设计、选型缺乏标准引导，急需进行补充。

3.3.1 选型使用指南

选型使用指南编制的目的是建立开关及其组件适当的选型、使用、安装和维护要求，为设计提供航空用电气开关及其组件型谱，控制开关使用种类以减少飞机后勤保障规模。

选型使用指南编制应联合产品承制单位和飞机设计总师单位进行经验总结，给出飞机设计时从开关类型、电路、驱动方式、电气参数、电接触类型、环境指标、机械参数与安全性指标、面板布局、质量与可靠性、经济性等方面如何进行考虑。给出适合航空使用的产品目录，包括外形尺寸、标记示例、电气参数、环境指标、建议使用部位、安装要求、维护要求等资料。

3.3.2 材料标准

材料标准编制的目的是建立开关及其组件使用的电工材料采购和验收规范，统一不同单位的材料要求，缩减原材料订货种类，统一订货渠道，并提高原材料质量。

制定航空电气开关用高温合金、铍青铜、碳素钢带材规范，纯金、金合金、纯银、银合金等电接触材料规范，酚醛树脂、环氧树脂等绝缘材料规范。规定材料尺寸公差、性能要求和试验方法，规范原材料采购和验收。

3.3.3 工艺标准

工艺标准编制的目的是通过标准化渠道，集中行业技术力量突破开关产品生产中的工艺难点，并将新工艺以标准的形式固化下来，通过行业共享的方式整体提升行业制造水平。

制定弹性元件热处理工艺和成型工艺、触点热处理工艺、外壳注塑工艺、钎焊密封工艺等标准，规定工艺设备、工艺流程、生产过程控制、质量控制与检验等相关要求。